微机原理01-08基础知识

微型计算机原理与接口技术——冯博琴理学院代月明2011.8微机

原理及接口

技术课程

介绍典型机型：IBMPC系列机基本系统：8088CPU和半导体存储器I/O接口电路及与外设的连接硬件－－接口电路原理软件－－接口编程方法专业技术基础课硬件系列课程之一计算机组成原理微机原理及接口技术计算机体系结构指定选修课以技术为主面向应用软硬件相结合课程

特点区别先修课程数字逻辑提供硬件基础计算机组成原理确立计算机部件功能掌握计算机工作原理汇编语言程序设计建立必备软件基础掌握指令系统、程序格式先修

课程学习方法很重要复习并掌握先修课的有关内容课堂：听讲与理解、适当笔记课后：认真读书、完成作业实验：充分准备、勇于实践总成绩＝考试成绩＋实验成绩＋平时成绩学习

方法学习资源要利用微机原理远程教学0/caicomputer/冯博琴，微型计算机原理与接口技术，北京：清华大学出版社，2002.2邹逢兴，微型计算机接口原理与技术，长沙：国防科技大学出版社，1993韩雁，微型计算机原理与接口技术，北京：电子工业出版社，2005.1学习

资源第1章基础知识1.1概述1.2计算机中的数制1.3无符号二进制数的算术运算和逻辑运算1.4带符号二进制数的表示及运算1.5二进制编码1.6常用术语解释1.1微型计算机的发展1946年，世界上出现第一台数字式电子计算机ENIAC（电子数据和计算器）发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代，产生了微型计算机1971年，Intel公司设计了世界上第一个微处理器芯片Intel4004，开创了一个全新的计算机时代1.1微型计算机的发展第1代：4位和低档8位微机4004→4040→8008第2代：中高档8位微机Z80、I8085、M6800，Apple-II微机第3代：16位微机8086→8088→80286，IBMPC系列机1.1微型计算机的发展第4代：32位微机80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium432位PC机、Macintosh机、PS/2机第5代：64位微机Itanium、64位RISC微处理器芯片微机服务器、工程工作站、图形工作站1.2计算机中的数制1.2.1常用记数制1.二进制B：0～1逢二进位，两个计数符号0、1，称为bit（比特）2.十进制D：0～9逢十进位3.十六进制H：0～9、A～F

逢十六进位4.其它进制数电平的高低电路的通断电子开关的开与关1.2.2各种数制之间的转换非十进制数十进制数十进制数非十进制数二进制数十六进制数1.2计算机中的数制按权表达式展开除基数取余乘基数取整1位十六进制数相当于4位二进制数1.3无符号二进制数的算术、逻辑运算1.3.1二进制数的算术、逻辑运算

加法运算算术运算减法运算逻辑运算乘法运算除法运算

与运算∧或运算∨非运算￣

异或运算⊕算术、逻辑运算加、减、乘、除不介绍了，参考书上内容。

`与`运算：例：11001000

∧10110101 10000000

`或`运算：例：

11001000

∨1011010111111101逻辑运算`异或`运算：例：11001000

⊕10110101 01111101对十六进制加、减运算，可直接进行

例：06B3H

+3D25H 43D8H1.3.2无符号数的表示范围1.无符号二进制数的表示范围0≤X≤2n-12.无符号二进制数的溢出问题

令无符号二进制数加法或减法中最高有效位Di的进（借）位为Ci，则两个无符号二进制数相加或相减时，若最高有效位Di产生进位或借位，即Ci=1，则产生溢出。1.3.4基本逻辑门及常用逻辑部件

与门

Y=A∧B

或门

Y=A∨B

非门

Y=

与非门

Y=

或非门

Y=

译码器

1.4带符号二进制数的表示及运算

计算机在处理实际问题时遇到的带符数，数据的“+”号和“-”号在计算机内也是用二进制位表示，用最高有效位来表示数的符号。

“0”表示正，

“1”表示负。例如：N1=+101,1011N2=-101,1011机内表示：N1=0101,1011N2=1101,1011定义：将已经数值化了的带符号数称为机器数，而把原来的数称为机器数的真值。机器数与真值

1.4.1带符号数的表示方法：原码、反码、补码

1.4.2真值与补码之间的转换

1.4.3补码的运算

1.4.4带符号数运算时的溢出问题1.4带符号二进制数的表示及运算1、原码表示法数据的最高位用来表示符号，称为符号位，符号位为0表示正数，符号位为1表示负数；其余位为数值位，用数据的绝对值表示。举例：(1)X=+85,[X]原=01010101(2)X=-

85,[X]原=11010101(3)对于零:0有两种表示形式

[+0]原=00000000[-0]原=10000000[X]原数值符号2、反码表示法在反码表示中，仍用0表示正数，1表示负数。X=正数，[X]反=[X]原；X=负数，[X]反=X符号位为1，其余各位按位取反。举例：(1)X=+85,[X]反=01010101(2)X=-85,[X]反=10101010(3)对于零:0有两种表示形式

[+0]反=00000000，[-0]反=11111111

[X]反在补码表示中，仍用0表示正数，1表示负数。[X]=正数，[X]补=[X]原；[X]=负数，[X]补=X符号位为1，其余各位按位取反加1。举例：(1)X=+85,[X]补=01010101(2)X=-85,[X]补=10101011(3)对于零:0只有一种表示形式

[0]补=00000000

3、补码表示法[X]补补码运算X=负数，[X]补=2n-|X|

式中2n

为模，n为位数例：X=-100,0100 设n=8[X]补=28-100,0100=1011,1100

100000000←28

-100010010111100补码运算为避免做减法，可写成：[X]补=28-1000100=11111111+1-1000100=（11111111-1000100）+1=[X]反+1

对正数:[X]补=[X]原

对负数按定义：[X]补=[X]反+1

[-2]补=[-0000010]补

=11111101+1=11111110

[-127]补=[-1111111]补

=10000000+1=10000001[-0]补=[-0000000]补

=11111111+1=00000000（最高位舍掉）补码运算

补码→真值

[X]补=00101110 为正数

真值X=+0101110=+46

[X]补=11010010 为负数

真值X=-（[X]补包括符号位求反加1）

X=-001,0101+1=-0010,1110(-46)1.4.2真值与补码之间的转换若机器字长为16位，写出X=-46D的补码。先写出8位[-46]补=11010010再进行符号扩展，扩展方法为：正数在高8位补0，负数在高8位补1故[-46]补=11111111

11010010=FFD2H若本身是一个16位负数，可按[X]反+1求。8位补码中的一个特殊数：

10000000在补码中定义为-128补码运算1.4.3补码的运算

运算规则：[X+Y]补=[X]补+[Y]补[X-Y]补=[X]补-[Y]补[X-Y]补=[X]补+[-Y]补补码的运算补码运算好处：将减法运算变成加法运算（∵运算器只有加法器）例：96-20=？

01100000 ←[+96]补

+11101100←[-20]补

101001100→76

[-20]补=[-0010100]

自然丢失=11101011+11、带符号数的表示范围对8位数： （1）无符号数 0～255

（2）有符号数原码：最小 11111111→-127

最大 01111111→+127

00000000→+010000000→-01.4.4带符号数运算时的溢出反码：最小10000000→-127

最大01111111→+12700000000→+011111111→-0补码：最小10000000→-128

最大01111111→+12700000000→±0以后学习中，谈到有符号数，均指的是补码，其运算结果也是补码1.4.4带符号数运算时的溢出2、带符号数运算时的溢出判断定义：运算值超出其表示范围-2n-1≤X＜2n+1。溢出条件：同号数相加/异号数相减，可能产生溢出。若8位二进制数，D6、D7

位产生的进位或借位分别为C6、C7，则V=C7⊕C6=1，结果溢出。溢出判别：溢出标志V=1有溢出V=0无溢出01100011C7C61.5二进制编码1、二进制编码的十进制数---BCD码、二-十进制码、8421码计算机中采用二进制，运算规律简单，但不直观例：00111010B=？采用二进制数对十进制数编码：(参见P23表1-9）

0000→0

0001→1

┇1001→9每一位十进制数用四位二进制编